周建輝

哈密市質(zhì)量與計(jì)量檢測(cè)所 新疆哈密 839000

熱電偶測(cè)溫在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用很廣泛。熱電偶在使用的過(guò)程中，要看具體的現(xiàn)場(chǎng)條件再?zèng)Q定熱電偶的安裝方式，并且安裝方式和方向要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。否則就會(huì)在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差或者會(huì)發(fā)生故障而影響生產(chǎn)。

1 熱電偶的工作原理

1.1 熱電效應(yīng)

1821年，物理學(xué)家塞貝克做了一個(gè)嘗試性的實(shí)驗(yàn)，從中總結(jié)得出的熱電效應(yīng)。具體操作步驟是：將兩種密度有差異的導(dǎo)體鉸接在一起，構(gòu)建成閉合回路。先用一只酒精燈去燒結(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著用酒精燈燒的結(jié)點(diǎn)的顏色發(fā)生變化，放在閉合回路中的直流毫伏表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；與此同時(shí)并沒(méi)有撤去第一只酒精燈，用另一只酒精燈去燒另外一個(gè)結(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著酒精燈燒的另一結(jié)點(diǎn)的顏色和前一個(gè)結(jié)點(diǎn)的顏色漸漸接近，觀(guān)察到閉合回路中的直流毫伏表的指針偏轉(zhuǎn)角也隨著逐漸減小，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的顏色一樣時(shí)，直流毫伏表的指針指在零上[1]。閉合回路就是所說(shuō)的熱電偶傳感器，兩個(gè)導(dǎo)體就是組成熱電偶的兩個(gè)電極，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)就分別是熱電偶的冷端和熱端。

1.2 熱電偶熱電勢(shì)的組成

（1）兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)。兩導(dǎo)體的密度不一樣時(shí)，這兩種導(dǎo)體之間就會(huì)互相擴(kuò)散自由電子，當(dāng)然，密度大的向密度小的擴(kuò)散的自由電子比密度小的向密度大的擴(kuò)散的自由電子數(shù)多。所以，最后相當(dāng)于密度大的失去電子，所以就帶正電，密度小的得到電子，所以就帶負(fù)電。因此就在兩種導(dǎo)體接觸點(diǎn)的位置上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因?yàn)檫@個(gè)電勢(shì)在兩導(dǎo)體的接觸點(diǎn)處，把它叫做兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)。記為EAB（T）。E為電動(dòng)勢(shì)，A，B為熱電偶的兩個(gè)電極，T為結(jié)點(diǎn)處的溫度。A為高電位，B為低電位。如果導(dǎo)體的密度存在一定的差異時(shí)，就會(huì)在兩導(dǎo)體相接觸的地方形成兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)。兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)的數(shù)值與兩導(dǎo)體接觸點(diǎn)處的溫度高低有關(guān)，溫度越高兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)就越大，規(guī)定低電位指向高電位的方向是接觸電動(dòng)勢(shì)的方向。由于測(cè)溫?zé)犭娕嫉幕芈分杏袃蓚€(gè)相接觸的點(diǎn)就會(huì)在兩個(gè)接觸點(diǎn)處形成電勢(shì)，所以測(cè)溫?zé)犭娕嫉幕芈分写嬖趦蓚€(gè)接觸電勢(shì)。

（2）單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)。當(dāng)導(dǎo)體兩端的溫度不同時(shí)，假設(shè)T大于T0。單一導(dǎo)體熱度高的與熱度低的之間就會(huì)存在互相擴(kuò)散電子的現(xiàn)象。當(dāng)然，溫度高的擴(kuò)散的多，溫度低的擴(kuò)散的少。最終導(dǎo)致熱度高的端逸失了一些電子，所以熱度高的就帶正電，熱度低的端就得到了一些電子，所以熱度低的端就帶負(fù)電。這樣就在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生了溫差電勢(shì)。當(dāng)導(dǎo)體的兩個(gè)端部存有熱度差值的時(shí)候，就會(huì)在單一導(dǎo)體的兩頭形成溫差電動(dòng)勢(shì)。

2 熱電偶測(cè)溫采集精度的影響因素及優(yōu)化方法

2.1 測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度

測(cè)量加熱爐爐膛溫度，要將熱電偶插入到爐膛中，熱電偶的熱端處在加熱爐的爐膛中，冷端在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中。此時(shí)測(cè)溫，一定要考慮到熱電偶的冷端溫度是否在零攝氏度，如果冷端不在零攝氏度要考慮冷端溫度補(bǔ)償[2]。

2.2 溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題

當(dāng)然溫度補(bǔ)償就需要用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。那么，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的接線(xiàn)就需要特別注意。因?yàn)檠a(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)有兩個(gè)極分別是“+”極和“-”極，熱電偶的熱電極和補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)有同樣的極，因此熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶在進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí)一定要特別留意它們的極別，千萬(wàn)不可以接錯(cuò)。如果在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法區(qū)分的時(shí)候，要會(huì)利用萬(wàn)用表來(lái)判別熱電偶的正極和負(fù)極。具體的操作方法是：把萬(wàn)用表的“+”表筆放在電壓檔的插孔中，把萬(wàn)用表的“-”表筆放在公共端孔中，“+”表筆和“-”表筆分別熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲接觸，觀(guān)察顯示數(shù)值的極性，如果顯示的數(shù)字前面是“+”，就能很快的判斷出接紅表筆的電極就是熱電偶的正極；如果顯示的數(shù)字前是“-”，就能很快的判斷出接紅表筆的電極就是熱電偶的負(fù)極。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)正、負(fù)怎么區(qū)分，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)區(qū)分的，一般是較硬的為正。

2.3 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的選擇問(wèn)題

補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的類(lèi)別有C和X兩種，C——補(bǔ)償型，X——延伸型。如果采用的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)是補(bǔ)償型的，C后面字母和熱電偶傳感器的類(lèi)型一致，如果不一致的話(huà)，就說(shuō)明補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)選擇的不正確，最終得出的測(cè)量結(jié)果并不是現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度。例如：用S熱電偶測(cè)量溫度，并沒(méi)有選用S補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，而是采用了K型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，這就相當(dāng)于把K型熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)加在了S熱電偶中。并且在0-100℃之間，K的毫伏值大于S的毫伏值，導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值高。

2.4 熱電偶的安裝方式選擇

安裝方式的選擇要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際來(lái)選擇，測(cè)量加熱爐爐膛溫度時(shí)，只要將熱電偶安裝在爐膛的爐壁上用石棉繩把空隙塞上就可以了。如果是高壓場(chǎng)合就要選擇法蘭安裝。在安裝熱電偶時(shí)，要具體的看管道的分布情況，如果是把熱電偶安裝在水平管道上，熱電偶就要垂直的安裝在管道的中心線(xiàn)處，這樣測(cè)出的結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值偏差特別小。如果是把熱電偶安裝在垂直管道上，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，就把熱電偶安裝在與管道中心線(xiàn)呈斜向下45度角的方向上。

2.5 熱電偶型號(hào)選擇的問(wèn)題

檢測(cè)溫度的元器件有金屬測(cè)溫?zé)犭娮韬蜔犭娕迹鶕?jù)金屬電阻和電偶的組成材料來(lái)看，測(cè)溫電阻檢測(cè)的范圍比較小[3]。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的溫度很多時(shí)候超過(guò)了1000℃，因此用熱電阻測(cè)量溫度已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)溫要求。而熱電偶測(cè)溫范圍可以達(dá)到一千多度，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的很多測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。為了得到更精確的結(jié)果，正確選擇熱電偶的型號(hào)，就顯得非常重要。如果測(cè)量的溫度在1600℃左右，就要選擇B型熱電偶；

3 結(jié)語(yǔ)

溫度測(cè)量在冶金生產(chǎn)中有著重要的意義，而鋼鐵企業(yè)中溫度的測(cè)量大部分都采用的是熱電偶測(cè)溫。因此，分析熱電偶測(cè)溫采集精度的影響因素及優(yōu)化方法有助于冶金生產(chǎn)。